嵌入式技术在MP3播放器中的应用
摘要：MP3播放器无疑是近几年来消费类电子产品中最为成功的一类产品，带动了包括设计、资讯、生产、营销等在内的整个产业链，也上演了形形技术、品牌、价格、市场等多方面的比拼和会战。随着技术的发展和已有市场的深度挖掘，以往的技术不再成为技术，现有产品的利润也一再缩水。诸多MP3厂商在面临洗牌的现今，是退守？是坚持？还是寻求突破？本文将从技术层面出发，围绕MP3 Player产品的软硬件设计和相关技术、应用、需求的发展作一定的分析，以此给出一些参考。
闪存MP3
郑智雅
音乐，以其特有的魅力得到大众的喜爱，尤其在网络、数字技术快速发展的现今，可以毫不夸张地说：人们的生活已经离不开音乐。从以前的唱碟机、录音机到现在小巧而又多功能的MP3播放器，科技实实在在的给人们带来了便利。大家也都有所了解，MP3 Player的工作原理并不算复杂：首先将MP3歌曲文件从存储介质（闪存、存储卡、硬盘等）上读出，并由解码芯片进行解码，然后通过Codec芯片进行数模转换转变成模拟信号，最后模拟音频经放大并低通滤波后到耳机输出，输出后就是我们听到的音乐了。
我们首先从硬件设计部分来看，如图一所示MP3 Player产品主要有主处理器、存储/传输设备、显示/输出、音频处理和电源管理模块5大部分。
图一  MP3 Player系统架构图
主处理器（即解码芯片）是MP3产品最为关键的部分，闪存型MP3 Player的音质一般和解码芯片密切相关。作为有损压缩的MP3格式，优秀的解码质量能够很大限度上弥补音频
信号的损失。相反，低端的解码芯片会令MP3的编码信息进一步损失。同时解码芯片的性能也决定了在播放高码流的MP3音乐时是否可以流畅播放，是否会导致停顿或失真的现象。除此以外，解码芯片还决定了MP3 Player是否能够对音乐文件有较强的兼容性，如支持MP3以外的如WMV、MP3 pro、WAV等格式的音乐，当然也包括是否能够有更好的录音效果
由于传统的闪存MP3播放器的主要音乐播放、解码功能都由解码芯片完成，在软件开发方面主要体现在产品的控制以及LCD界面部分。当然，实际闪存MP3的界面显示的内容也较为有限，因此，传统的MP3播放器的软件开发大多没有太多的工作量。
目前市场上主流MP3随身听所采用的解码芯片主要有Philips的SAA7750，Sigmatel的STMP3410/3520，Telechips的TCC730，Sunplus的SPCA514A等等，值得一提的是珠海炬力的MP3解码芯片如ATJ209X也有不错的表现。这一类解码芯片大多属于ASIC芯片，有些芯片同时还兼有控制功能。
图二  Sigmatel的STMP3410和爱国者月光宝盒MP3
由于成本方面的限制，芯片设计公司针对MP3产品专门设计此类解码芯片，将一些必要的接口控制器都设计到芯片内部，减少了外部连线；更重要的是对于音乐文件解码处理的功能也集成到芯片内部，完全由硬件来处理。而且，芯片厂商同时还提供较为完善的参考设计，这样使得MP3产品更加容易设计，开发的公司可以不用考虑复杂的多媒体处理、编解码算法的开发，甚至界面也有通用的模板。也正因为如此，国内有能力自行设计主处理芯片和进行自主的MP3产品研发的厂家少之又少。对于国内诸多的MP3产品设计公司而言，一方面由于采用相同的芯片，所设计出来的产品功能雷同的现象较多；另一方面，由于技术的门槛相对较低，也容易受到低研发投入、低成本制作的方案的冲击。
作为一般消费者而言，往往很难分辨出产品内在的优劣，竞争更多的体现到产品外观、LCD 显示效果及操作界面、存储容量、使用时间以及产品的品牌等方面。目前国内爱国者、联想等公司的MP3产品销量和市场占有率较高，然而实际上他们的产品多数不是他们自己研发生产的。这些公司丢掉了开发
的包袱，转而成立“新品拓展中心”寻好的方案厂家进行OEM贴牌。代工生产已然是MP3产业链上不可或缺的一环，中国的代工厂不仅承担了国内大量数码、消费类电子等产品的生产，海外市场上的此类产品也更多的可以见到“made in China”的标记。值得消费者庆幸的是，作为爱国者等品牌对于产品的质量把关相当严格，在选定一个产品方案前需要经过大量周密的测试。更高的产品质量、更好的售后服务可以塑造一个良好的品牌形象，可以赢得更多的市场，也意味着可以获得更高的利润。
贴牌的盛行必定带来产品同质化的现象。如何推陈出新，推出新的功能、形成新的卖点以进行差异化竞争，是每个MP3厂商都会考虑的问题。
硬盘MP3
便携式闪存（Nandflash）MP3一路热销，Nandflash甚至一度面临缺货，在这样的情况下，采用更大容量更低成本的硬盘MP3播放器应运而生。苹果的iPOD系列硬盘MP3取得了极大的成功，在3年时间内总共卖出了超过1千万台。笔者所在的公司华恒科技也曾开发支持Microdrive微硬盘和1.8寸笔记本硬盘的MP3播放器。所采用的处理器是Freescale的MCF5249，在这之前已经有CD-MP3播放器和韩国iRiver的硬盘MP3产品基于该处理器取得成功。
有BGA & QFP 2种封装
大樟树主要功能
•存储容量：10G
•105×60×19mm
•160g
•160×128像素的背光
液晶显示屏
•MP3/WMA/ASF/WAV
•USB 2.0接口
•FM调频收音
•数码录音功能
背诵二十四节气歌•支持多达38种语言显示宋伊人的个人资料简介
•5向导航式控制键
•6种均衡模式
•配备液晶线控
•支持WMA和光纤输入
输出
•锂电池，可以连续播放
相册里图片怎么合并成一张图
16小时
图三  IRiver iHP-100：基于通用嵌入式处理器MCF5249的硬盘MP
硬盘MP3播放器功能更加丰富、界面更加友善、操作更加灵活，可以支持更加复杂的文件系统以及文件管理、操作、检索等功能。这样对于芯片的控制能力提出了更高的要求，需要支持运行更加复杂的软件。同时由于采用硬盘作为存储介质，功耗的问题更加突出，而通过软件可以实现更加灵活的电源管理功能。这就对处理器提出了更高的要求，除了完成音乐编解码处理以外，处理器控制能力也大大加强。目前市面上的硬盘MP3播放器采用的芯片有：Freescale的MCF5249/SCF5250、Sigmatel的STMP3550/3560等。
MCF5249以ColdFire 32位微
处理器体系结构为基础，主频
120MHz-140MHz，带有96KB的芯
片内SRAM，8KB的指令高速存、
两个独立的UART和16位计时器、
以及一个PLL时钟。此芯片还带有
IDE/ATA界面可支持CD-ROM或硬
盘/CF卡、软件监视时钟、GPIO 线
路、两个I2C 接口、QSPI、4 通道
DMA、和一个非粘合性SDRAM 控
制器。另外，该器件还集成了一个芯
片内12位DAC和一个增强型乘法
(eMAC)累加器，用于为音频及其他
应用提供快速运算和信号处理所需
的DSP功能。
电脑无法关机
图四  MCF5249 芯片内部架构飞思卡尔半导体（Freescale，
原摩托罗拉半导体）的MCF5249 微处理器设计用于音频电子设备、成像、保安/指纹识别认证和工业控制应用，工作频率为140 MHz 时性能可达125 Dhrystone 2.1 MIPS，而功耗仅为每兆赫1.3mW。
和Sigmatel STMP3xxx系列解码芯片相比，MCF5249应该属于通用型32位嵌入式微处理器，和其类似的处理器如Samsung 的ARM9处理器S3C2410，目前已经有厂家使用用这款芯片开发的闪存式MP3播放器。通用处理器的系统总线具有更强的驱动能力，可以扩展支持多种硬件模块，实现多种接口功能如USB2.0、Mono/CSTN/TFT LCD、有线/无线网络、红外、蓝牙等等。
针对硬盘MP3产品应用，华恒科技在推出支持微硬盘的便携式MP3播放器的同时，还和Freescale联合推出了具有无线音乐服务器功能的Hosea System，见图五：
图五基于MCF5249的硬盘MP3播放器和无线音乐服务器
具有无线局域网通讯功能的HOSEA SYSTEM可涉及的应用：
•无线音箱/音响，无线投影仪、打印机– 可抛却繁琐的线路，自由布置
– 安装移动方便，无需驱动
•无线音乐服务器，多媒体网关
–  可与PC、TV共享音乐
–  可边上网边享受网关带来的美妙音乐
•支持无线网络的便携式娱乐设备
–  支持无线模块的MP3播放器
–  可共享家庭音乐服务器的音乐
•无线VoIP电话
图六基于无线局域网的消费类电子产品应用
MCF5249能够实现如此丰富的功能，归功于其具有的更强的通用计算、处理能力，使得其可以支持更加复杂的软件，支持多任务、多进程，甚至完善的操作系统如uClinux、FlexOS等。
uClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，针对nommu（没有内存管理）的cpu，它继承了标准Linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出的文件系统等主要优点。由于Linux秉承开源共享的原则，我们可以在网络上到大量的资源，基于嵌入式Linux操作系统进行开发，可以较为方便的实现丰富的软件功能。目前华恒科技基于MCF5249+uClinux操作系统已经实现了多种接口功能及产品应用，如图五所示。
可以肯定，基于普通的ASIC解码芯片是无法实现上述如此丰富功能的产品应用的。当市场提出更高的要求、更加复杂的应用……可以想象，传统的MP3开发厂商将处于怎样一个窘迫的境地。
图七华恒科技基于MCF5249+uClinux实现包含硬盘MP3在内的多种行业应用
基于MCF5249的硬盘MP3产品已经初步具备MPEG4视频播放功能。个人数码娱乐设备不仅功能上被快速地丰富和完善，也已经逐步显现与网络/设备之间更强的互通性，以获得同步的资讯、更广袤的网络资源。2004年7月26日，海尔集团、清华同方、中国网通、上海广电集团、春兰集团、长城集团、上海贝岭等七家公司成立“家庭网络标准产业联盟”，联盟名称为“e家佳(ITopHome)”，该联盟以家庭网络系统为中心，成员包括电子、家电、通讯、计算机、网络运营等多领域的企业，以完善的产业链形式共同搭建起家庭网络系统平台。未来的消费类电子产品必将以具有支持音视频多媒体、多功能、低功耗、高性价比等优点的产品为主流。
作者：张逸
华恒科技公司技术行销经理